(57)【要約】【課題】  波長変換効率を高めることが可能な波長変換器を提供する。【解決手段】  電界吸収型光変調器１は、波長λ１の入力変調光および波長λ２の入力定常光を受けて、入力変調光と同じ情報を有するように強度変調された波長λ２の出力変調光を出力する。波長変換器１０は、フォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈがたとえ小さかったとしても、それに応じた大きな抵抗値Ｒ１を選択することにより、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭを最適動作電圧範囲とすることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトカレントを発生する電界吸収型光変調器と、
前記電界吸収型光変調器に電圧を与える電圧源と、
前記電界吸収型光変調器と前記電圧源との間に接続される抵抗素子とを備え、
前記抵抗素子は、前記フォトカレントの変化量に対して前記電界吸収型光変調器の両端にかかる電圧が所定範囲となるような抵抗値を有する、波長変換器。
【請求項２】
フォトカレントを発生する電界吸収型光変調器と、
前記電界吸収型光変調器に電圧を与える電圧源と、
前記電界吸収型光変調器と前記電圧源との間に接続される抵抗素子と、
前記抵抗素子に接続される非線型抵抗素子とを備え、
前記非線型抵抗素子は、前記抵抗素子と組み合わせることにより、前記フォトカレントの変化量に対して前記電界吸収型光変調器の両端にかかる電圧が所定範囲となるような非線型抵抗値を有する、波長変換器。
【請求項３】
前記非線型抵抗素子は、前記電界吸収型光変調器と前記電圧源との間に前記抵抗素子と直列に接続される、請求項２に記載の波長変換器。
【請求項４】
前記抵抗素子は、第１および第２の抵抗素子を含み、
前記第１の抵抗素子は、前記電圧源と第１のノードとの間に接続され、
前記第２の抵抗素子は、前記第１のノードと前記電界吸収型光変調器との間に前記非線型抵抗素子と並列に接続される、請求項２に記載の波長変換器。
【請求項５】
フォトカレントを発生する電界吸収型光変調器と、
前記電界吸収型光変調器に電圧を与える電圧源と、
前記電界吸収型光変調器と前記電圧源との間に接続される第１の抵抗素子と、
前記電界吸収型光変調器と並列に接続される非線型抵抗素子と、
前記電界吸収型光変調器と並列に前記非線型抵抗素子と接地ノードとの間に接続される第２の抵抗素子とを備え、
前記非線型抵抗素子は、前記第１および第２の抵抗素子と組み合わせることにより、前記フォトカレントの変化量に対して前記電界吸収型光変調器の両端にかかる電圧が所定範囲となるような非線型抵抗値を有する、波長変換器。
【請求項６】
前記非線型抵抗素子は、ダイオードである、請求項２〜５のいずれかに記載の波長変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長変換器に関し、より特定的には、電界吸収型光変調器を用いた波長変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界吸収型光変調器は、半導体材料を用いた場合、半導体の光吸収率が半導体に印加される電界により変化することを利用する。電界吸収型光変調器の概略的な動作原理については、たとえば非特許文献１に開示されている。
【非特許文献１】Nishimura他，「電界吸収導波路を位相変調器として用いた、４０Ｇｂｐｓにおいてパターン効果のない波長変換（Wavelength conversion with no pattern effect at 40 Gbps using an electroabsorption waveguide as phase modulator）」，光ファイバ通信国際会議（Optical Fiber Communication Conference and Exhibit:OFC2001）、第３巻、２００１年、ＷＫ５−１〜ＷＫ５−３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の半導体電界吸収型光変調器を用いた波長変換器は、波長変換効率が十分高められていないという問題点があった。
【０００４】
それゆえに、この発明の目的は、波長変換効率を高めることが可能な波長変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による波長変換器は、フォトカレントを発生する電界吸収型光変調器と、電界吸収型光変調器に電圧を与える電圧源と、電界吸収型光変調器と電圧源との間に接続される抵抗素子とを備える。抵抗素子は、前記フォトカレントの変化量に対して電界吸収型光変調器の両端にかかる電圧が所定範囲となるような抵抗値を有する。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、波長変換効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０００８】
図１は、この発明の実施の形態を説明する背景となる波長変換器１００の回路構成を示した回路図である。
【０００９】
図１を参照して、波長変換器１００は、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ：Electroabsorption Modulator）１０１と、電圧源１０２とを含む。電界吸収型光変調器１０１および電圧源１０２は、ともにノードＮ１００と接地ノードとの間に接続される。電圧源１０２は、ノードＮ１００に対して電圧Ｖ１を与える。
【００１０】
電界吸収型光変調器１０１は、波長λ１の入力変調光および波長λ２の入力定常光（ＣＷ：Continuous Wave）を受けると、内部で発生するキャリア数が入力変調光により変動し、これによって入力定常光に対する光吸収係数が変化する。入力変調光の強度が大きい場合、電界吸収型光変調器１０１の内部において飽和吸収が発生し、入力定常光の吸収量が減少する。このような現象を、相互吸収変調（ＸＡＭ：Cross Absorption Modulation）効果と呼ぶ。
【００１１】
ＸＡＭ効果により、電界吸収型光変調器１０１は、波長λ１の入力変調光および波長λ２の入力定常光を受けて、入力変調光と同じ情報を有するように強度変調された波長λ２の出力変調光を出力する。すなわち、波長変換器１００は、電界吸収型光変調器１０１のＸＡＭ効果により、波長λ１の入力変調光を波長λ２の出力変調光に波長変換する。
【００１２】
波長変換器１００の波長変換効率を高めるためには、電界吸収型光変調器１０１のＸＡＭ効果を大きくしなければならない。電界吸収型光変調器１０１のＸＡＭ効果を大きくするには、入力変調光の強度をたとえば１０ｍＷ以上などとする必要がある。しかしながら、このような入力信号光の強度引き上げは、電界吸収型光変調器１０１の光学的損傷を引き起こす可能性があった。このような問題を解決する波長変換器の回路構成および動作について以下に詳述する。
【００１３】
［実施の形態１］
図２は、この発明の実施の形態１による波長変換器１０の回路構成を示した回路図である。
【００１４】
図２を参照して、実施の形態１の波長変換器１０は、電界吸収型光変調器１と、電圧源２と、抵抗素子Ｒ１とを含む。電界吸収型光変調器１は、ノードＮ１２と接地ノードとの間に接続される。電圧源２は、ノードＮ１１と接地ノードとの間に接続され、ノードＮ１１に対して電圧Ｖ１を与える。抵抗素子Ｒ１は、ノードＮ１１とノードＮ１２との間に接続され、抵抗値Ｒ１を有する。
【００１５】
電界吸収型光変調器１は、波長λ１の入力変調光および波長λ２の入力定常光を受けて、入力変調光と同じ情報を有するように強度変調された波長λ２の出力変調光を出力する。電界吸収型光変調器１は、フォトカレントＩｐｈを発生させ、両端には電圧ＶＥＡＭがかかる。波長λ１の入力変調光の強度が大きいほど、大きなフォトカレントＩｐｈが発生する。
【００１６】
図３は、電界吸収型光変調器１に入力される入力変調光および入力定常光の波長に対する吸収係数の変化を示した図である。
【００１７】
図３に示すように、波長λ１の入力変調光に対する吸収係数は、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの大小に応じて変化しない。これに対し、波長λ２の入力定常光（ＣＷ）に対する吸収係数は、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの大小に応じて変化する。
【００１８】
電圧ＶＥＡＭが相対的に小さい場合、波長λ２の入力定常光（ＣＷ）に対する吸収係数は小さくなる。一方、電圧ＶＥＡＭが相対的に大きい場合、波長λ２の入力定常光（ＣＷ）に対する吸収係数は大きくなる。電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭには、波長変換器１０の波長変換効率が最適となる最適動作電圧範囲が存在する。
【００１９】
ここで、図２を参照して、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭは、
ＶＥＡＭ＝Ｖ１−Ｉｐｈ・Ｒ１
と表わされる。そのため、フォトカレントＩｐｈのデジタル符号「０」，「１」に対応する変化量をΔＩｐｈ、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量をΔＶＥＡＭとすると、
ΔＶＥＡＭ＝ΔＩｐｈ・Ｒ１
の関係が成り立つ。したがって、実施の形態１の波長変換器１０は、フォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈにかかわらず、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭが最適動作電圧範囲となるように抵抗値Ｒ１を選択することができる。すなわち、フォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈがたとえ小さかったとしても、それに応じた大きな抵抗値Ｒ１を選択することにより、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭを最適動作電圧範囲とすることができる。これにより、波長変換器１０の波長変換効率を高めることができる。
【００２０】
一例として、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭが１Ｖで、フォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈが１ｍＡのときには、抵抗素子Ｒ１の抵抗値を１ｋΩとすればよい。
【００２１】
以上のように、実施の形態１によれば、電界吸収型光変調器１と直列に抵抗素子Ｒ１を接続し、フォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈに応じた抵抗値Ｒ１を選択することによって、波長変換器の波長変換効率を高めることができる。
【００２２】
［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態２による波長変換器２０の回路構成を示した回路図である。
【００２３】
図４を参照して、実施の形態２の波長変換器２０は、電界吸収型光変調器１と、電圧源２と、抵抗素子Ｒ１と、非線型抵抗素子Ｘ１とを含む。
【００２４】
電界吸収型光変調器１は、ノードＮ２２と接地ノードとの間に接続される。電圧源２は、ノードＮ２１と接地ノードとの間に接続され、ノードＮ２１に対して電圧Ｖ１を与える。抵抗素子Ｒ１および非線型抵抗素子Ｘ１は、ノードＮ１１とノードＮ１２との間に直列接続される。非線型抵抗素子Ｘ１は、流れる電流値が増大すると抵抗値Ｘ１が減少する非線型な抵抗素子である。
【００２５】
電界吸収型光変調器１は、波長λ１の入力変調光および波長λ２の入力定常光を受けて、入力変調光と同じ情報を有するように強度変調された波長λ２の出力変調光を出力する。電界吸収型光変調器１は、フォトカレントＩｐｈを発生させ、両端には電圧ＶＥＡＭがかかる。波長λ１の入力変調光の平均入力強度が時間によって変化すると、それに応じてフォトカレントＩｐｈの値も変化する。
【００２６】
図５は、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭに対する吸収係数の変化を示した図である。
【００２７】
図５に示すように、電界吸収型光変調器１の吸収係数は、両端にかかる電圧ＶＥＡＭが増大するにつれて減少する。電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭは、所定の動作電圧Ｖｍｏｄの近傍をΔＶＥＡＭ＝ΔＩｐｈ・Ｒ１だけ変化する。電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭは、フォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈに応じて変動する。
【００２８】
図６は、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭに対する変調度を示した図である。
【００２９】
図６に示すように、電界吸収型光変調器１の変調度は、両端にかかる電圧ＶＥＡＭが所定の動作電圧Ｖｍｏｄのときに極大となる。このとき、波長変換器２０の波長変換効率は最適となる。
【００３０】
図４を参照して、実施の形態２の波長変換器２０では、抵抗素子Ｒ１と非線型抵抗素子Ｘ１とが直列接続されている。非線型抵抗素子Ｘ１は、波長λ１の入力変調光の平均入力強度が変動してフォトカレントＩｐｈが変化すると、それに応じて抵抗値が変化する。具体的には、入力変調光の強度が大きいときには非線型抵抗素子Ｘ１の抵抗値が小さくなり、入力変調光の強度が小さいときには非線型抵抗素子Ｘ１の抵抗値が大きくなる。
【００３１】
したがって、実施の形態２の波長変換器２０は、波長λ１の入力変調光の平均入力強度が変動してフォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈが変化した場合にも、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭ＝ΔＩｐｈ（Ｒ１＋Ｘ１）を最適動作電圧範囲に保つことができる。これにより、波長変換器２０の波長変換効率を高めることができる。
【００３２】
図７は、この発明の実施の形態２による波長変換器２０Ａの回路構成を示した回路図である。波長変換器２０Ａでは、波長変換器２０における非線型抵抗素子Ｘ１の一例として、ダイオードＤ１を用いている。
【００３３】
図８は、ダイオードＤ１の電流−電圧特性を示した図である。図８に示すように、ダイオードＤ１は、電流Ｉが増大するにつれて抵抗値Ｒが減少する。そのため、波長変換器２０の非線型抵抗素子Ｘ１として、ダイオードＤ１を用いることが可能である。
【００３４】
以上のように、実施の形態２によれば、電界吸収型光変調器１と直列に抵抗素子Ｒ１および非線型抵抗素子Ｘ１を接続することによって、波長変換器の波長変換効率を高めることができる。
【００３５】
［実施の形態３］
図９は、この発明の実施の形態３による波長変換器３０の回路構成を示した回路図である。
【００３６】
図９を参照して、実施の形態３の波長変換器３０は、電界吸収型光変調器１と、電圧源２と、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、非線型抵抗素子Ｘ２とを含む。
【００３７】
電界吸収型光変調器１は、ノードＮ３３と接地ノードとの間に接続される。電圧源２は、ノードＮ３１と接地ノードとの間に接続され、ノードＮ３１に対して電圧Ｖ１を与える。抵抗素子Ｒ１は、ノードＮ３１とノードＮ３２との間に接続される。抵抗素子Ｒ２および非線型抵抗素子Ｘ２は、ノードＮ３２とノードＮ３３との間に並列接続される。
【００３８】
このように、実施の形態３の波長変換器３０では、抵抗素子Ｒ２と非線型抵抗素子Ｘ２とが並列接続され、その並列接続に対して電界吸収型光変調器１と直列に抵抗素子Ｒ１が接続されている。非線型抵抗素子Ｘ２は、波長λ１の入力変調光の平均入力強度が変動してフォトカレントＩｐｈが変化すると、それに応じて抵抗値が変化する。具体的には、入力変調光の強度が大きいときには非線型抵抗素子Ｘ２の抵抗値が小さくなり、入力変調光の強度が小さいときには非線型抵抗素子Ｘ２の抵抗値が大きくなる。
【００３９】
したがって、実施の形態３の波長変換器３０は、波長λ１の入力変調光の平均入力強度が変動してフォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈが変化した場合にも、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭ＝ΔＩｐｈ（Ｒ１＋Ｚ２）を最適動作電圧範囲に保つことができる。ただし、Ｚ２＝Ｒ２・Ｘ２／（Ｒ２＋Ｘ２）である。これにより、波長変換器３０の波長変換効率を高めることができる。
【００４０】
図１０は、この発明の実施の形態３による波長変換器３０Ａの回路構成を示した回路図である。波長変換器３０Ａでは、波長変換器３０における非線型抵抗素子Ｘ２の一例として、ダイオードＤ２を用いている。
【００４１】
以上のように、実施の形態３によれば、抵抗素子Ｒ２と非線型抵抗素子Ｘ２とを並列接続し、その並列接続に対して電界吸収型光変調器１と直列に抵抗素子Ｒ１を接続することによって、波長変換器の波長変換効率を高めることができる。
【００４２】
［実施の形態４］
図１１は、この発明の実施の形態４による波長変換器４０の回路構成を示した回路図である。
【００４３】
図１１を参照して、実施の形態４の波長変換器４０は、電界吸収型光変調器１と、電圧源２と、抵抗素子Ｒ１，Ｒ３と、非線型抵抗素子Ｘ３とを含む。
【００４４】
電界吸収型光変調器１は、ノードＮ４２と接地ノードとの間に接続される。電圧源２は、ノードＮ４１と接地ノードとの間に接続され、ノードＮ４１に対して電圧Ｖ１を与える。抵抗素子Ｒ１は、ノードＮ４１とノードＮ４２との間に接続される。抵抗素子Ｒ３および非線型抵抗素子Ｘ３は、ノードＮ４２と接地ノードとの間に直列接続される。
【００４５】
このように、実施の形態４の波長変換器４０では、抵抗素子Ｒ３と非線型抵抗素子Ｘ３とが直列接続され、その直列接続に対して電界吸収型光変調器１と並列に抵抗素子Ｒ１が接続されている。非線型抵抗素子Ｘ３は、波長λ１の入力変調光の平均入力強度が変動してフォトカレントＩｐｈが変化すると、それに応じて抵抗値が変化する。具体的には、入力変調光の強度が大きいときには非線型抵抗素子Ｘ３の抵抗値が小さくなり、入力変調光の強度が小さいときには非線型抵抗素子Ｘ３の抵抗値が大きくなる。
【００４６】
したがって、実施の形態４の波長変換器４０は、波長λ１の入力変調光の平均入力強度が変動してフォトカレントＩｐｈの変化量ΔＩｐｈが変化した場合にも、電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭの変化量ΔＶＥＡＭ＝ΔＩｐｈ・（Ｒ１・Ｚ３）／（Ｒ１＋Ｚ３）を最適動作電圧範囲に保つことができる。ただし、Ｚ３＝Ｒ３＋Ｘ３である。これにより、波長変換器４０の波長変換効率を高めることができる。
【００４７】
図１２は、この発明の実施の形態４による波長変換器４０Ａの回路構成を示した回路図である。波長変換器４０Ａでは、波長変換器４０における非線型抵抗素子Ｘ３の一例として、ダイオードＤ３を用いている。
【００４８】
以上のように、実施の形態４によれば、抵抗素子Ｒ３と非線型抵抗素子Ｘ３とを直列接続し、その直列接続に対して電界吸収型光変調器１と並列に抵抗素子Ｒ１を接続することによって、波長変換器の波長変換効率を高めることができる。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態を説明する背景となる波長変換器１００の回路構成を示した回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による波長変換器１０の回路構成を示した回路図である。
【図３】電界吸収型光変調器１に入力される入力変調光および入力定常光の波長に対する吸収係数の変化を示した図である。
【図４】この発明の実施の形態２による波長変換器２０の回路構成を示した回路図である。
【図５】電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭに対する吸収係数の変化を示した図である。
【図６】電界吸収型光変調器１の両端にかかる電圧ＶＥＡＭに対する変調度を示した図である。
【図７】この発明の実施の形態２による波長変換器２０Ａの回路構成を示した回路図である。
【図８】ダイオードＤ１の電流−電圧特性を示した図である。
【図９】この発明の実施の形態３による波長変換器３０の回路構成を示した回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による波長変換器３０Ａの回路構成を示した回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による波長変換器４０の回路構成を示した回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による波長変換器４０Ａの回路構成を示した回路図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１０１  電界吸収型光変調器、２，１０２  電圧源、１０，２０，２０Ａ，３０，３０Ａ，４０，４０Ａ，１００  波長変換器、Ｒ１〜Ｒ３  抵抗素子、Ｘ１〜Ｘ３  非線型抵抗素子、Ｄ１〜Ｄ３  ダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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